不同频率的听觉阈限测定研究

——极限法的应用

摘要    本实验采用多变量实验设计，运用极限法来测定不同频率的纯音听觉阈限，目的是为了进一步熟悉极限法的应用以及初步理解纯音听觉阈限与不同频率的关系。实验结果表明：（1）不同频率的听觉阈限不同，被试一的纯音听觉阈限随频率的增加而呈降低趋势，在2000Hz时，阈限达到最小值，随后又有一定幅度的上升。实验结果论证了音高不等于声音的物理频率，说明它是一种主观心理量。（2）听觉阈限具有较显著的个体差异（3）实验中被试的练习和疲劳均对实验结果有影响。实验讨论中探讨了几种主要的实验误差和控制方法，以及其他可能影响实验结果的因素，并对实验提出改进建议。

关键词  极限法  听觉阈限   频率

 

1        引言

1.1阈限的性质

著名的实验心理学史专家Edwin G. Boring（1950）认为对内部感受与外部世界之间关系的测量方法的引入，是科学心理学开始的一个标志。这主要是因为科学家使用心理物理学的方法提出了第一个心理现象的精确定律。

测量感觉是非常困难的，内部判断与作用于感受器的物理量之间并不是完全一对一的。因此，必须把物理刺激及其引起的感觉区分开。

感觉阈限的界定：刚刚能引起感觉的最小刺激强度被叫做绝对阈限；刚刚能引起感觉的最小差别叫做差别阈限。

按照这样的定义，还不能对这两种阈限进行测定。在实验中，某一特定数值的刺激，在重复作用于感官时，被试有时报告为“无感觉”，有时报告为“有感觉”，有时还报告为“刚刚有一点点感觉”。

人的感受性的这种随机性变化，在每一种感觉道中都能发现。根据统计学，可以把刚刚引起感觉的最小刺激强度以其算术平均数来表示，而这个平均数恰好是有50％的实验次数报告为“有感觉”的刺激强度。

因而，阈限的操作定义为：有50％的实验次数能引起积极反应的刺激值即绝对阈限；有50％的实验次数能引起差别感觉的那个刺激强度之差即差别阈限。

测定阈限有三种基本方法：极限法、恒定刺激法和平均差误法。本实验主要研究极限法的运用。

1.2极限法的应用

极限法,又称最小变化法,序列探索法,最小可觉差法，是测量阈限的直接方法，每次呈现刺激后让被试报告其是否有感觉。极限法的特点是:刺激由递减和递增的两个系列组成,以间隔相等的小步变化,寻求一种反应到另一种反应的瞬间时转换点或阈限的位置。

极限法既可以以用于测定绝对阈限,也可以用于测定差别阈限。本实验主要研究用极限法测定不同频率的纯音听觉阈限。

1.2.2最小变化法的变式——阶梯法

最小变化法是按一定的梯级增加或减少刺激强度来测定阈限的，并且渐增系列和渐减系列是完全分开的。

阶梯法和最小变化法的区别，就在于它把增加和减少刺激强度的程序连续进行。当被试报告感觉不到开始呈现的刺激时，主试就按一定梯级来增加刺激强度；而当增加到被试感觉到了时，又按一定的梯级来减少刺激强度。实验按这样的顺序继续下去，直至达到一个先定的标准或先定的实验次数为止。

1.2.3实验中的自变量

用极限法测定绝对阈限，自变量是刺激系列。刺激系列要按递增或递减系列交替呈现。递增时，刺激要从阈限以下的某个强度开始；递减时，刺激系列的起点要大于阈限的某个强度。

为了避免被试者形成定势，每次呈现刺激的起点不应固定不变，而应随机变化。

1.2.4实验中的因变量

用极限法测定绝对阈限的反应变量时，要求被试以口头报告方式表示。

当刺激呈现之后，被试感觉到有刺激，就报告“有”，当被试没感觉到有刺激，就报告“无”，其依据是被试的内省，而不是刺激是否呈现。

若被试者在这二类判断中有“说不准”的情况，则可以猜，但不可放弃。

1.2.5误差及其控制

极限法测定绝对阈限易产生四种误差：习惯误差和期望误差、练习误差和疲劳误差。

在实验中，作了三方面的处理：分别是递增和递减序列交替呈现，采用抵消平衡设计（即ABBA设计）和随机改变刺激系列的开始点。用这三种方法来控制期望与习惯误差，练习与疲劳误差。

1.3实验目的

1.3.1熟悉极限法的应用.

1.3.2初步理解纯音听觉阈限与不同频率的关系.

 

2  方法

2.1被试

华东师范大学特殊教育系两名学生被试一和被试二（听力正常，情绪稳定），轮流作为主试和被试。

2.2实验仪器

听觉仪（ 型号EP304A，华师科教仪器厂生产）

2.3实验设计

    采用多变量实验设计

2.3实验程序

2.3.1实验之前让被试者面对仪器坐下，戴上耳机，刺激的呈现有时从强到弱，有时从弱到强，被试分别报告听到声音时和听不到声音。

2.3.2正式测听时随机使用200，400，1000，2000，4000，8000（周/秒）六种频率。每种频率都交替进行递增、递减各4个系列的测试。递减系列从远超于听觉阈限的声音强度开始，每次衰减2分贝，直到被试者听不见时，记下这时的衰减数值。递增系列从远在阈限以下的声音强度开始，每次增加2分贝，直到被试者刚刚听到声音时，记下这时的衰减数值。不论递增或递减系列，主试者必须随机改变相继系列的开始点。每次刺激延续2～6秒，两次刺激间间歇2～4秒。开始时较快，到接近阈限时，刺激时间和间歇时间要略微延长，每次增加或衰减1分贝。

2.3.3正式开始实验之前，可对递增、递减系列各做几次练习，借此使被试者熟悉测听的步骤。

2.3.4为了避免被试者疲劳，每完成两种频率测听，主试者、被试可以轮换一次。一人改变声音频率和强度，一人给预备信号、发出刺激并记录被试者反应。主试事先准备好随机使用的频率和递增、递减系列开始点的安排，列入表格，以作记录。

2.4数据处理方法

    使用spss13.0对数据结果进行处理

3        实验结果及解释

3.1被试一不同频率的听觉阈限平均数与标准差

表1不同频率的听觉阈限平均数与标准差

频率   200      400      1000      2000     4000     8000 统计项目

平均数         14.5      13      11.25      10.5     13.25    21.5 标准差         2.38     2.16      0.96      0.58      1.50     2.64

实验结果显示不同频率的听觉阈限有显著差异，听觉阈限受到频率影响，在频率很高和很低的情况下标准差较大，说明数据波动较大，可能存在误差较大，而在中间频率下数据波动较小。

图1不同频率的听觉阈限曲线图

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     从图中可以看出，被试听觉阈限随频率的增加而呈降低趋势，在2000 Hz时，                                              阈限达到最小值，随后又有一定幅度的上升。实验结果论证了音高不等于声音的物理频率，说明它是一种主观心理量。

3.2不同频率的听觉阈限平均数差异显著性检验

表2 不同频率的听觉阈限平均数差异显著性检验

	Sum of Squares	df	Mean Square	F	Sig
Between Groups	311.500	5	62.300	17.942	.038
Within Groups	62.500	18	3.472
Total	374.000	23

    结果显示，p=0.038<0.05，不同频率的听觉阈限值存在较大差异。

3.3纯音听觉阈限与频率的相关系数

表3纯音听觉阈限与频率的相关系数

		阈限      频率
阈限	Pearson Correlation	1	.727(**)
	Sig. (2-tailed)		.000
	N	24	24
频率	Pearson Correlation	.727(**)	1
	Sig. (2-tailed)	.000
	N	24	24

**  Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).

   结果显示，p值=0.727**，说明纯音听觉阈限与频率存在较显著的相关。

3.2不同被试在不同频率下的听觉阈限平均数比较

表4不同被试在不同频率下的听觉阈限平均数与标准差

频率   200      400      1000      2000     4000     8000 平均数

被试一        14.5      13      11.25      10.5     13.25    21.5 被试二         22      20.5      10.25       12      12.25    14.5

 

图2不同被试在不同频率下的听觉阈限曲线图比较

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     从以上的图表中可以看出，不同被试不同频率下的听觉阈限存在较大差别，说明听觉阈限具有较显著的个体差异。

3.3为检验是否存在习惯误差和期望误差，分别取上升序列和下降序列的数值作统计分析，发现上升序列和下降序列之间的样本差异P值=0.68〉0.5，差异不显著，说明不存在习惯误差和期望误差。

3.4为检验是否存在练习误差和疲劳误差，分别取实验前一半和后一半的数值作统计分析，发现上升序列和下降序列之间的样本差异P值=0.06<0.5，差异显著，说明可能存在练习误差或疲劳误差。

4        讨论

4.1实验误差及控制

用极限法求绝对阈限经常会产生一些误差。在这些误差中，有些是由直接对感觉产生干扰的因素引起的；还有些是非感觉方面的因素引起的，如习惯和期望、练习和疲劳、时间和空间等等。这些因素在测定阈限的过程中经常起作用，以致使测定结果产生一定倾向的误差。这类误差叫做常误（constant error）。

极限法测定绝对阈限产生的误差主要有四种：习惯误差和期望误差、练习误差和疲劳误差。

4.1.1习惯误差和期望误差的控制

在极限法实验中，由于刺激是按一定的顺序呈现的，被试在长序列中有继续给同一种判断的倾向，如在下降序列中继续说“有”或“是”，在上升序列中继续说“无”或“否”，这种被试习惯于前面几次刺激所引起的感觉叫作习惯误差。

由于习惯误差在递增法序列中，即使刺激强度早已超出阈限，被试仍报告感觉不到，这就会使测得阈值偏高。相反，在递减法序列中，即使刺激强度早已小于阈限，被试仍报告有感觉，这就会使测得的阈值偏低。

与习惯误差相反的是另一种误差叫期望误差（error of anticipation）。它表现为被试在长的序列中给予相反判断的倾向，期望转折点的尽快到来。用递增法测定时，阈值就会偏低；用递减法测定时，阈值就会偏高。

实验中，采用递增序列和递减序列在数量上保持一致的办法，来让习惯误差和期望误差尽可能相互抵消。

4.1.2练习误差和疲劳误差的控制

练习误差（error of practice）是由于实验的多次重复，被试逐渐熟悉了实验情景，对实验产生了兴趣和学习效果，而导致反应速度加快和准确性逐步提高的一种系统误差。

与此相反，由于实验多次重复，随着实验进程而发展的疲倦或厌烦情绪的影响，而导致被试反应速度减慢和准确性逐步降低的一种系统误差，称之为疲劳误差（error of fatigue）。

随着时间的进展，练习可能使阈限降低，而疲劳可能使阈限升高。

为了平衡练习和疲劳效应的影响，在实验中，采用抵消平衡设计（即ABBA设计），这样，即使可以让练习或疲劳效应平均作用在递增或递减序列上。

4.1.3对被试反应定势的控制

用极限法测定绝对阈限，自变量是刺激系列，被试容易产生反应定势，为了避免被试者形成这种定势，每次呈现刺激的起点不应固定不变，而应随机变化。

4.2实验中出现的问题及改进建议

4.2.1噪音干扰

虽然实验室采用了单独的隔音环境，但无论实验条件如何完善，噪音都是客观存在的。由于本次实验测的是听觉阈限，所以即使很小的噪音都可能会引起被试的幻听，影响实验结果。因此我们可以一方面尽量改善实验条件来降低噪音，同时引入信号检测论的方法来排除噪音对实验结果的影响。

4.3.2听觉疲劳

另外一种影响实验准确性的误差是听觉疲劳，即声音的刺激强度大大超过听觉感受器的正常反应限度，或刺激声音长时间作用于听觉器官而引起的听觉阈限暂时提高的现象。因此在实验中要每隔一段时间让被试休息片刻再继续实验，以减轻听觉疲劳带来的影响。  

4.2.3听觉刺激的选择

由于不同频率的听觉刺激不同，因此被试很容易误把刺激当作噪音而不做出反应，因此在实验前应该让被试先熟悉这一频率的听觉刺激，以帮助他作出正确的判断。

4.2.4判断标准

    实验中，被试判断标准的不一致也会引起误差，避免这一误差的方法之一是实验前要训练被试，使其掌握恰当的判断标准。

4.2.4被试的主观情绪

由于本实验需要重复多次，被试很容易产生焦躁的情绪，会在很大程度上影响实验结果，所以实验中要注意及时休息，要求被试努力克服不良情绪。

 

5        结论

实验结果显示，被试听觉阈限随频率的增加而呈降低趋势，在2000 Hz时，阈限达到最小值，随后又有一定幅度的上升。实验结果论证了音高不等于声音的物理频率，说明它是一种主观心理量。不同频率的听觉阈限有显著差异，听觉阈限受到频率影响，在频率很高和很低的情况下误差较大，而在中间频率下误差较小。不同个体在听觉阈限上存在显著差异。

 

参考文献

杨治良.实验心理学，浙江教育出版社,1998

杨治良 王新法.心理实验指导手册,2006

孟庆茂等. 实验心理学北京师范大学出版社，1998

 

 

 

 

附录

不同频率响度绝对阈限实验记录表(单位:Hz)

频率	200				400				1000				2000				4000				8000
顺序
各次  阈限值	1 7	1 2	1 6	1 3	1 4	1 0	1 5	1 3	1 2	1 0	1 2	1 1	1 0	1 1	1 1	1 0	1 4	1 2	1 2	1 5	2 5	1 9	2 2	2 0
平均	14.5				13				11.25				10.5				13.25				21.5